Forskere kommer tættere på den industrielle syntese af et materiale, der er hårdere end diamant

Forskere fra Moskva Institut for Fysik og Teknologi, Teknologisk institut for superhardt og nyt kulstofmateriale i Troitsk, MISiS, og MSU har udviklet en ny metode til syntese af et ultrahårdt materiale, der overstiger diamant i hårdhed. En artikel, der for nylig blev offentliggjort i tidsskriftet Kulstof beskriver detaljeret en metode, der muliggør syntese af ultrahard fullerit, en polymer sammensat af fullerener, eller sfæriske molekyler lavet af carbonatomer.

I deres arbejde, forskerne bemærker, at diamant ikke har været det hårdeste materiale i noget tid nu. Naturlige diamanter har en hårdhed på næsten 150 GPa, men ultrahard fullerite har overgået diamant for at blive først på listen over hårdeste materialer med værdier, der spænder fra 150 til 300 GPa.

Alle materialer, der er hårdere end diamant, kaldes ultrahårde materialer. Materialer, der er blødere end diamant, men hårdere end bornitrid, betegnes som superhårde. Bornitrid, med sit kubiske gitter, er næsten tre gange hårdere end den velkendte korund.

Fulleritter er materialer, der består af fullerener. I deres tur, fullerener er kulstofmolekyler i form af kugler bestående af 60 atomer. Fulleren blev først syntetiseret for mere end 20 år siden, og der blev uddelt en nobelpris for det arbejde. Kulissfærerne inden for fullerite kan arrangeres på forskellige måder, og materialets hårdhed afhænger stort set af, hvor sammenkoblede de er. I den ultrahårde fullerit opdaget af arbejderne ved Technological Institut for Superhard og Novel Carbon Materials (FSBITISNCM), C ₆₀ molekyler er forbundet med kovalente bindinger i alle retninger, et materiale videnskabsfolk kalder en tredimensionel polymer.

Imidlertid, metoderne til fremstilling af dette lovende materiale i industriel skala er endnu ikke tilgængelige. Praktisk talt, den superharde carbonform er af primær interesse for specialister inden for metaller og andre materialer:jo hårdere et værktøj er, jo længere tid det virker, og jo mere kvalitativt kan detaljerne behandles.

Det, der gør det så svært at syntetisere fullerit i store mængder, er det høje tryk, der kræves for at reaktionen kan begynde. Dannelsen af ​​den tredimensionelle polymer begynder ved et tryk på 13 GPa, eller 130, 000 atm. Men moderne udstyr kan ikke give et sådant pres i stor skala.

Forskerne i den aktuelle undersøgelse har vist, at tilsætning af kuldisulfid (CS ₂ ) til den indledende blanding af reagenser kan accelerere fulleritesyntesen. Dette stof syntetiseres i industriel skala, bruges aktivt i forskellige virksomheder, og teknologierne til at arbejde med det er veludviklede. Ifølge eksperimenter, kuldisulfid er et slutprodukt, men her fungerer det som en accelerator. Brug af CS ₂ , dannelsen af ​​det værdifulde superhårde materiale bliver mulig, selvom trykket er lavere og udgør 8GPa. Ud over, mens tidligere bestræbelser på at syntetisere fullerit ved et tryk på 13 GPa krævede opvarmning op til 1100K (mere end 820 grader Celsius), i det foreliggende tilfælde sker det ved stuetemperatur.

"Opdagelsen beskrevet i denne artikel (den katalytiske syntese af ultrahard fullerit) vil skabe et nyt forskningsområde inden for materialevidenskab, fordi det væsentligt reducerer det tryk, der kræves til syntese, og gør det muligt at fremstille materialet og dets derivater i industriel skala", forklarede Mikhail Popov, forskningens førende forfatter og lederen af ​​laboratoriet for funktionelle nanomaterialer ved FSBI TISNCM.